JPH10135110A

JPH10135110A - 結像特性評価方法

Info

Publication number: JPH10135110A
Application number: JP8289787A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-05-22
Also published as: US5952133A

Abstract

(57)【要約】【課題】高いＳＮ比の検出信号を得て、高精度に投影
系の結像特性を評価する。【解決手段】ウエハステージの上板２１ａに固定され
た評価用基板３０上に種々のマーカ３７Ａ〜３７Ｃを形
成しておき、投影系による評価用パターンの投影像とマ
ーカ３７Ａ〜３７Ｃ中の対応するマーカとを相対的に走
査して、そのマーカからの反射電子を検出して、その投
影系の結像特性を評価する。評価用基板３０を平均原子
番号の小さい薄い基板から形成し、マーカ３７Ａ〜３７
Ｃを平均原子番号の大きい材料の厚い膜から形成し、評
価用基板３０の底面にこの評価用基板３０を透過した電
子線を吸収するための電子線吸収体３２を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線を介し
て所定のパターンを転写する投影系の結像特性評価方法
に関し、例えば半導体集積回路等を製造するためのリソ
グラフィ工程等で使用される電子線縮小転写装置用の投
影系の分解能や非点収差等を評価する場合に使用して好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、転写パターンの解像度の向上とス
ループット（生産性）の向上との両立を可能とした荷電
粒子線転写装置の検討が進められている。このような転
写装置としては、１ダイ（１枚の感光基板に形成される
多数の集積回路の１個分に相当するパターン。）又は複
数ダイ分のパターンをマスクから感光基板へ一括して転
写する一括転写方式の装置が従来より検討されていた。
ところが、一括転写方式は、転写の原版となるマスクの
製作が困難で、且つ１ダイ分以上の大きな光学フィール
ド内で投影系の収差等を所定値以下に収めることが難し
い。そこで、最近では感光基板に転写すべきパターンを
マスク上で複数の小領域（副視野）に分割し、各小領域
毎に分割されたパターンを順次感光基板上に転写するこ
とによって、全体として大きな光学フィールドを得るこ
とができる分割転写方式の装置が注目されている。

【０００３】この分割転写方式では、その小領域毎に、
被露光面上に結像される像のディストーション（視野
歪）や非点収差等の結像特性を補正しながら転写を行う
ことができる。これにより、一括転写方式に比べて光学
的に広い領域に亘って解像度、及び位置精度の良好な露
光を行うことができる。但し、このように小領域毎に結
像特性の補正を行うためには、予め投影系の結像特性を
正確に評価しておく必要がある。

【０００４】また、パターンは通常例えば種々の大きさ
の矩形のパターンに分解できるため、大きさが可変の矩
形の荷電粒子ビーム（以下、「可変成形ビーム」と呼
ぶ）を生成し、この可変成形ビームを感光基板上でつな
ぎ合わせて所望のパターンを形成する方式の描画装置も
使用されている。この方式では、例えば大きさが可変の
アパーチャの像を投影系を介して感光基板上に投影する
ことによって、その可変成形ビームを生成しているた
め、高精度に所望のパターンを描画するためには、その
投影系の結像特性を正確に評価しておく必要がある。

【０００５】荷電粒子線として電子線を使用するものと
すると、従来よりそのような投影系の結像特性を評価す
るために、所定のマーカ上にその投影系による像を投影
し、そのマーカからの反射電子線を検出した状態で、そ
のマーカとその像とを相対的に走査し、その反射電子線
の強度変化からその像の状態を検出する方法が使用され
ている。この方法で使用されるマーカとしては、低い原
子番号の材料からなる基板上に付着された金（Ａｕ）等
の高い原子番号の微粒子よりなるマーカが知られてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、高い原子番号の微粒子よりなるマーカから
の反射電子線を検出することによって結像特性を評価し
ていた。しかしながら、微粒子からの反射電子信号は弱
いと共に、そのマークの背景である低い原子番号の基板
からの反射電子信号（背景雑音）もかなり強いため、検
出信号のＳＮ比が悪いという不都合があった。このよう
に検出信号のＳＮ比が悪いと、結像特性を高精度に評価
するのが困難である。

【０００７】特に、分割転写方式の投影系のように、大
きい小領域（副視野）のパターンを転写する投影系を評
価する際には、背景雑音が大きくなり過ぎて検出信号の
ＳＮ比が極端に悪化していた。本発明は斯かる点に鑑
み、高いＳＮ比の検出信号が得られ、高精度に投影系の
結像特性を評価できる結像特性評価方法を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による結像特性評
価方法は、所定の荷電粒子線のもとで第１面上のパター
ンの像を第２面上に投影する投影系（１４，１５）の結
像特性評価方法において、その第１面上に評価用パター
ン（３８Ａ〜３８Ｇ）を配置し、その第２面上に平均原
子番号が１４以下で厚さが３μｍ以下の材料よりなる薄
膜体（３０）を配置すると共に、薄膜体（３０）の表面
に平均原子番号が４７以上で厚さが０．０１μｍ以上の
材料よりなりその評価用パターンに対応する形状のマー
カ（３７Ａ〜３７Ｆ）を形成しておき、その荷電粒子線
のもとでその評価用パターンのその投影系による像と薄
膜体（３０）とを相対走査したときにマーカ（３７Ａ〜
３７Ｆ）から発生する反射荷電粒子線、又は２次電子の
強度に基づいて、その投影系の結像特性を評価するもの
である。

【０００９】斯かる本発明によれば、荷電粒子線として
電子線を使用した場合、薄膜体（３０）は平均原子番号
が１４以下で、厚さが３μｍ以下であるため、１００ｋ
Ｖ程度で加速された電子線が入射すると、大部分の電子
線は透過してしまい、反射電子はごく僅かである。ま
た、マーカ（３７Ａ〜３７Ｆ）は平均原子番号が４７以
上で厚さが０．０１μｍ（１０ｎｍ）以上と或る程度厚
いため、従来例のように約１０ｎｍ程度の大きさの金の
微粒子よりなるマーカを使用する場合に比べて大きい反
射電子又は２次電子信号が得られる。従って、検出信号
（反射荷電粒子信号）のＳＮ比が向上し、その投影系の
結像特性を高精度に評価できる。

【００１０】この場合、薄膜体（３０）の底面に反射荷
電粒子線、又は２次電子を少なくするための荷電粒子線
吸収体（３２）を配置することが望ましい。このとき、
薄膜体（３０）を透過した荷電粒子線は荷電粒子線吸収
体（３２）によって吸収されて殆ど戻らないため、背景
雑音が更に減少して検出信号のＳＮ比が向上する。本発
明において、薄膜体（３０）上のマーカとして０．２μ
ｍ角以上の面積の孤立パターン（３７Ａ）を使用し、そ
の評価用パターンとして投影像がその孤立パターンの面
積と実質的に等しい複数のパターン（３８Ａ）を使用し
たとき、そのマーカとその評価用パターンの投影像とを
相対走査して得られる反射荷電粒子線、又は２次電子よ
りその投影系による視野内強度を評価することができ
る。即ち、マーカ（３７Ａ）は０．２μｍ角以上の面積
を持つので非常に大きい反射荷電粒子信号が得られる。
また、評価用パターン（３８Ａ）の投影像の個々のパタ
ーンは、マーカ（３７Ａ）と同程度の大きさであるた
め、１つの計測点（評価用パターン中の１つのパターン
の投影像）での測定を行っているとき、他の計測点から
の反射荷電粒子線の量は少なく、背景雑音が小さくなっ
ている。従って、ＳＮ比の良好な検出信号が得られ、視
野内強度分布を１％より十分高い精度で評価できる。

【００１１】また、薄膜体（３０）上のマーカとして、
幅がビーム分解能の４倍から８倍で長さが１０μｍ以上
のラインパターンをビーム分解能の８倍から１６倍のピ
ッチで５本から１００本配列した周期的パターン（３７
Ｂ）を使用したとき、そのマーカとその評価用パターン
の投影像とをピッチ方向に相対走査して得られる反射荷
電粒子線、又は２次電子よりその投影系による分解能、
又は非点収差を評価できる。このとき、例えば個々のパ
ターンの投影像がビーム分解能の２倍の幅を持つ評価用
パターン（３８Ｂ）を使用して、この評価用パターンの
投影像でそのマーカ（３７Ｂ）をピッチ方向に相対的に
走査すると、底部及び上部に平坦部を持つ検出信号が得
られる。それを１回微分するとビーム強度分布が得ら
れ、その１回微分信号の立ち上がりからビーム分解能が
得られる。また、例えば５０ｎｍのビーム分解能の投影
系を評価する場合、マーカ（３７Ｂ）のピッチは最大で
も０．８μｍ（＝１６×５０ｎｍ）にしかならず、狭い
領域に多数のラインパターンを設けられるので、高精度
にビーム分解能を測定できる。

【００１２】更に、そのマーカとして、ピッチ方向が互
いに直交する２種類のマーカ（３７Ｂ，３７Ｃ）を使用
して、評価用パターンとしてもピッチ方向がそれぞれマ
ーカ（３７Ｂ，３７Ｃ）と同じ２種類のパターンを使用
して、薄膜体（３０）の高さを変えながら２方向のパタ
ーンでそれぞれビーム分解能が最も高くなる高さ（ベス
トフォーカス位置）を求める。この際に、２方向でのベ
ストフォーカス位置の差分より非点収差が求められる。

【００１３】また、薄膜体（３０）上のマーカとして、
幅がビーム分解能の１倍から２倍で長さが５μｍ以下の
ラインパターンをビーム分解能の２倍から４倍のピッチ
で５本から２５本配列した周期的パターン（３７Ｅ）を
使用し、その評価用パターンとして、投影像がその周期
的パターンと実質的に同一の単位パターン（４１Ｘ）を
所定の位置関係で複数個配列したパターン（３８Ｄ）を
使用したとき、そのマーカとその評価用パターン内の各
単位パターン（４１Ｘ）とをそれぞれピッチ方向に相対
走査して得られる反射荷電粒子線、又は２次電子よりそ
の投影系による視野歪、又は倍率誤差を評価できる。

【００１４】視野歪を高精度に測定するには、視野内の
各計測点においてできるだけ小さい投影像の位置をそれ
ぞれ高精度に測定する必要がある。しかしながら、マー
カと評価用パターンの個々のパターンの投影像とを相対
走査する場合には、そのマーカ及びその個々の投影像の
内部の全面積での平均的な位置のみが測定されるため、
そのマーカの面積をできるだけ小さくすることが望まし
い。一方、そのマーカをあまり小さくすると、反射荷電
粒子が少なくなって検出信号のＳＮ比が悪化する。本発
明では、ビーム分解能を例えば５０ｎｍ程度とすると、
マーカ（３７Ｅ）の面積Ａ１は最大でも次のように２５
μｍ²となり、例えば分割転写方式のように２５０μｍ
角程度の視野内の視野歪を測定するには必要、且つ十分
な大きさである。

【００１５】Ａ１＝５μｍ×４×２５×０．０５μｍ＝５×５μｍ² （１）また、倍率誤差を高精度に計測するためには、視野内で
大きく離れた２つの計測点（評価用パターンの投影像）
の間隔の実測値を設計値と比較すれば良い。そこで、ビ
ーム分解能を５０ｎｍ、視野を２５０μｍ角とすると、
（１）式よりマーカ（３７Ｅ）の最大幅は５μｍである
ため、２つの計測点の間隔の最大値Ｄ１は次のように２
４０μｍ程度にまで長くできる。

【００１６】Ｄ１＝２５０−２・５＝２４０（μｍ）（２）そこで、ビーム分解能の１０分の１程度（５ｎｍ）の精
度で評価用パターンの投影像の位置検出ができれば、倍
率誤差の計測精度は約０．００２％（＝１００×５ｎｍ
／２４０μｍ）となり、十分な精度が得られる。また、
本発明における薄膜体（３０）の材料の一例は炭素
（Ｃ：原子番号６）、又はシリコン（Ｓｉ：原子番号１
４）である。このように原子番号が１４以下の材料を使
用することによって、マーカの背景での反射荷電粒子線
は非常に少なくなって、背景雑音が小さくなる。

【００１７】一方、マーカ（３７Ａ〜３７Ｅ）の材料の
一例は金（Ａｕ：原子番号７９）、タングステン（Ｗ：
原子番号７４）、又は銀（Ａｇ：原子番号４７）であ
る。このように原子番号が４７以上の材料を使用するこ
とによって、マーカでの反射荷電粒子線が非常に多くな
る。また、その荷電粒子線吸収体の一例は、薄膜体（３
０）に対向する面がテーパーを有する凹面（３２ａ，３
２ｂ）とされた導体（３２）、又は半導体である。この
ように薄膜体（３０）に対向する面が凹面であると、反
射荷電粒子線が少なくなる。更に、その荷電粒子線吸収
体の材料は平均原子番号が１３以下の導体、又は半導体
であることが望ましい。このような材料としては、アル
ミニウム（Ａｌ：原子番号１３）、又は炭素等がある。
これによって、材料自体の反射荷電粒子線も少なくな
り、更に背景雑音が低減される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は分割転写方式で
マスクパターンの転写を行う電子線縮小転写装置用の投
影系の結像特性を評価する場合に本発明を適用したもの
である。図１は本例で使用される電子線縮小転写装置の
概略構成を示し、この図１において、電子光学系の光軸
ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の
紙面に垂直にＸ軸を、図１の紙面に平行にＹ軸を取って
説明する。先ず、本例の偏向照明系において、電子銃１
０から放出された電子線ＥＢは、第１コンデンサレンズ
１１Ａで一度集束された後、第２コンデンサレンズ１１
Ｂで再び集束される。第２コンデンサレンズ１１Ｂの近
傍にアパーチャ板３１が配置され、アパーチャ板３１の
開口を通過した電子線ＥＢは、第１の視野選択偏向器１
２Ａによって主にＹ方向に偏向され第３コンデンサレン
ズ１１Ｃで平行ビームにされた後、第２の視野選択偏向
器１２Ｂによって振り戻されてマスク１の１つの小領域
（副視野）上の照射領域３３に導かれる。視野選択偏向
器１２Ａ，１２Ｂにおける偏向量は、装置全体の動作を
統轄制御する主制御装置１９が、偏向量設定器２５を介
して設定する。なお、図１において、電子線ＥＢの実線
で示す軌跡はクロスオーバ像の共役関係を示し、点線で
示す軌跡はマスクパターン像の共役関係を示している。
アパーチャ板３１の配置面は、マスク１の配置面と共役
であり、アパーチャ板３１の開口の投影像がマスク１上
の電子線の照射領域３３となっている。

【００１９】次に、マスク１を通過した電子線ＥＢは２
段の電磁偏向器よりなる偏向器１３Ａにより所定量偏向
された上で、投影レンズ１４により一度クロスオーバＣ
Ｏを結んだ後、対物レンズ１５及び２段の電磁偏向器よ
りなる偏向器１３Ｂを介して電子線レジストが塗布され
たウエハ５上に集束され、ウエハ５上の所定位置にマス
ク１の１つの小領域内のパターンを所定の縮小倍率β
（例えば１／４）で縮小した像が転写される。本例の投
影レンズ１４及び対物レンズ１５は、一例として対称磁
気ダブレット（ＳＭＤ：Symmetric Magnetic Doublet）
方式の投影系（以下、「投影系１４，１５」と呼ぶ）を
構成しており、この投影系１４，１５の結像特性が本例
の評価対象である。偏向器１３Ａ，１３Ｂにおける偏向
量は、主制御装置１９が偏向量設定器２６を介して設定
する。分割転写方式では、マスク１上の各小領域はスト
ラット（境界領域）を挟んで配置されているのに対し
て、対応するウエハ５上の各小転写領域は密着して配置
されているため、偏向器１３Ａ，１３Ｂはそのストラッ
トの分だけ電子線を横ずれさせるため、及びマスク１と
ウエハ５との同期誤差を補正するため等に使用される。

【００２０】マスク１はマスクステージ１６にＸＹ平面
と平行に取り付けられている。マスクステージ１６は転
写時には、駆動装置１７によりＸ方向に連続移動し、Ｙ
方向にステップ移動する。マスクステージ１６のＸＹ平
面内での位置はレーザ干渉計１８で検出されて主制御装
置１９に出力される。一方、ウエハ５は、試料台２０上
のウエハステージ２１上にＸＹ平面と平行に保持されて
いる。試料台２０は、ウエハステージ（ウエハ５）のＺ
方向の位置を調整できる。ウエハステージ２１は、転写
時には駆動装置２２によりマスクステージ１６のＸ軸に
沿った連続移動方向とは逆方向へ連続移動可能で、且つ
Ｙ方向へステップ移動可能である。Ｘ方向に逆方向とし
たのは、投影系１４，１５によりマスクパターン像が反
転されるためである。但し、ウエハステージ２１は必要
に応じてＸ方向、Ｙ方向への連続移動が可能である。ウ
エハステージ２１のＸＹ平面内での位置はレーザ干渉計
２３で検出されて主制御装置１９に出力される。

【００２１】主制御装置１９は、マスクパターンの転写
時には、後述の入力装置２４から入力される露光データ
と、レーザ干渉計１８，２３が検出するマスクステージ
１６及びウエハステージ２１の位置情報とに基づいて、
視野選択偏向器１２Ａ，１２Ｂ、及び偏向器１３Ａ，１
３Ｂによる電子線ＥＢの偏向量を演算すると共に、マス
クステージ１６及びウエハステージ２１の動作を制御す
るために必要な情報（例えば位置及び移動速度）を演算
する。偏向量の演算結果は偏向量設定器２５及び２６に
出力され、これらの設定器によりそれぞれ、視野選択偏
向器１２Ａ，１２Ｂ及び偏向器１３Ａ，１３Ｂによる偏
向量が設定される。また、例えばマスク１上の小領域の
位置等に応じて予め計測されている投影系１４，１５の
結像特性に応じて、主制御装置１９は、偏向器１３Ａ，
１３Ｂの偏向量や、投影系１４，１５の励磁電流等を補
正する。これによってウエハ５上に転写されるマスク上
の各小領域の像の結像特性（倍率誤差等）が許容範囲内
に維持される。

【００２２】マスクステージ１６、及びウエハステージ
２１の動作に関する演算結果はドライバ２７，２８にそ
れぞれ出力される。ドライバ２７，２８は演算結果に従
ってステージ１６，２１が動作するように駆動装置１
７，２２の動作を制御する。なお、入力装置２４として
は、露光データの作成装置で作成した磁気記録情報を読
み取る装置、マスク１やウエハ５に記録された露光デー
タをこれらの搬入の際に読み取る装置等適宜選択してよ
い。

【００２３】さて、本例の転写装置には、投影系１４，
１５の結像特性を評価するための機構が組み込まれてい
る。先ず、ウエハステージ２１上のウエハ５の近傍に、
シリコン（Ｓｉ）の単結晶よりなる評価用基板３０が固
定され、評価用基板３０の底面側にこの評価用基板３０
を透過して来た電子線を吸収するためのアルミニウム
（Ａｌ）よりなる電子線吸収体３２が埋め込まれてい
る。

【００２４】図２は、図１の評価用基板３０及び電子線
吸収体３２を示す拡大断面図であり、この図２におい
て、評価用基板３０はウエハステージ２１の上板２１ａ
に設けられた開口を覆うように、その上板２１ａ上に取
り付けられている。評価用基板３０はＸ方向の幅が３ｍ
ｍ程度で、Ｙ方向の幅が２ｍｍ程度の矩形の平板状であ
り、この平板状の領域が厚さが１００μｍ程度で幅が１
００μｍ程度の仕切部３１を挟んで、それぞれ厚さが２
μｍ程度で１ｍｍ角程度の大きさの６個のマーク形成領
域３６Ａ〜３６Ｆに分割されている。評価用基板３０
は、厚さが１００μｍ程度のシリコン単結晶の基板を、
例えばマーク形成領域３６Ａ〜３６Ｆに対応する部分の
みを２μｍ程度の厚さまでエッチングすることによって
形成できる。評価用基板３０としては、反射電子線量の
少ない原子番号が１４以下の材料が好適であり、シリコ
ン基板以外には、炭素、又は複数種類の材料からなり平
均的な原子番号（平均原子番号）が１４以下の合成材料
等が使用できる。

【００２５】図３は、評価用基板３０上のそれぞれほぼ
１ｍｍ角程度のマーク形成領域３６Ａ〜３７Ｆに形成さ
れたマーカ３７Ａ〜３７Ｆを示す。本例で評価対象とす
る投影系１４，１５のビーム分解能を５０ｎｍ（＝０．
０５μｍ）程度とすると、本例の各マーカ３７Ａ〜３７
Ｆはそれぞれ０．２μｍ角〜１０μｍ角程度の大きさで
あり、マーク形成領域全体に比べると無視できる程度の
大きさであるが、図３ではマーカのみを拡大して示して
いる。また、マーカ３７Ａ〜３７Ｆは厚さが０．０５μ
ｍ程度の金（Ａｕ）の薄膜より形成され、これらのマー
カからの反射電子が検出される。なお、マーカ３７Ａ〜
３７Ｆの厚さは０．０１μｍ以上で１μｍ程度までが望
ましい。

【００２６】具体的に、第１のマーク形成領域３６Ａの
中央部には、視野内強度分布評価用の０．２μｍ角程度
の孤立パターン状のマーカ３７Ａが形成され、第２及び
第３のマーク形成領域３６Ｂ，３６Ｃの中央部には、分
解能、及び非点収差評価用のＸ軸のマーカ３７Ｂ、及び
Ｙ軸のマーカ３７Ｃが形成されている。マーカ３７Ｂ
は、Ｘ方向の幅が０．３μｍ（ビーム分解能の６倍）で
Ｙ方向の長さが１０μｍのラインパターンをＸ方向にピ
ッチ０．６μｍ（ビーム分解能の１２倍）で１７本配列
したパターンであり、Ｙ軸のマーカ３７ＣはＸ軸のマー
カ３７Ｂを９０°回転した形状である。また、第４のマ
ーク形成領域３６Ｄにはマーカは形成されておらず、こ
のマーク形成領域３６Ｄは例えばマーカの無い状態での
反射電子信号である背景雑音を計測する場合に使用であ
る。更に、第５のマーク形成領域３６Ｅの中央部には、
視野歪、及び倍率誤差評価用のＸ軸のマーカ３７Ｅ、及
びＹ軸のマーカ３７Ｆが形成されている。マーカ３７Ｅ
は、Ｘ方向の幅が０．１μｍ（ビーム分解能の２倍）で
Ｙ方向の長さが５μｍのラインパターンをＸ方向にピッ
チ０．２μｍ（ビーム分解能の４倍）で２５本配列した
パターンであり、Ｙ軸のマーカ３７ＦはＸ軸のマーカ３
７Ｅを９０°回転した形状である。

【００２７】なお、マーカ３７Ａ〜３７Ｆとしては、反
射電子線量の多い平均原子番号が４７以上の材料が好適
であり、金の他には例えばタングステン（Ｗ）、又は銀
（Ａｇ）等が使用できる。また、視野内強度分布評価用
のマーカ３７Ａとしては、０．２μｍ角〜１０μｍ角程
度の大きさの孤立的パターンが好適であり、分解能、及
び非点収差評価用のマーカ３７Ｂ，３７Ｃとしては、幅
がビーム分解能の４倍〜８倍で長さが１０μｍ〜数１０
μｍのラインパターンをデューティ比がほぼ１：１で
（即ち、ビーム分解能の８倍〜１６倍のピッチで）５本
〜１００本配列したパターンが好適である。また、視野
歪、及び倍率誤差評価用のマーカ３７Ｅ，３７Ｆとして
は、幅がビーム分解能の１倍〜２倍で長さが２μｍ〜５
μｍ程度のラインパターンをデューティ比がほぼ１：１
で（即ち、ビーム分解能の２倍〜４倍のピッチで）５本
〜２５本配列したパターンが好適である。

【００２８】図２に戻り、上板２１ａの底面に、評価用
基板３０の底部を完全に覆うように、先端部にいく程直
径が小さくなる円筒状の全長Ｄ２の電子線吸収体３２が
取り付けられている。即ち、電子線吸収体３２は、上板
２１ａ側の部分が内径φで長さＤ１の円筒部３２ａとな
り、円筒部３２ａから最下端までの先端部３２ｂの内面
が細長い円錐面状となっている。言い換えると、電子線
吸収体３２の評価用基板３０と対向する面は、評価用基
板３０に対して凹のテーパーを有する面となっている。
また、円筒部３２ａの内径φは５ｍｍ程度、長さＤ１は
２ｍｍ程度であり、電子線吸収体３２の全長Ｄ２（内面
の全長とほぼ同じ）は１０ｍｍ程度であり、次のように
内径φに比べて全長Ｄ２はかなり大きく設定されてい
る。

【００２９】φ≪Ｄ２（３）また、電子線吸収体３２は電源３４の出力端子及び抵抗
器３５の一端に接続され、抵抗器３５の他端が接地さ
れ、電源３４から電子線吸収体３２に正電圧が印加され
ている。本例の電子線吸収体３２は、所謂ファラデー箱
（Faraday cage）と同様な形状であり、評価用基板３０
を透過して電子線吸収体３２に入射した電子線は殆どが
電子線吸収体３２で吸収されるため、評価用基板３０に
戻る反射電子線量は極めて少なくなっている。なお、電
子線吸収体３２としては、グラファイト状の炭素等のよ
うに、平均原子番号が１３以下の非絶縁性材料（導体、
又は半導体）が好適である。平均原子番号が１３以下で
あるのは、評価用基板３０よりも更に反射電子量を少な
くするためである。

【００３０】更に図１において、対物レンズ１５の底面
近傍にウエハ側からの反射電子を検出するための反射電
子検出器２９が配置され、反射電子検出器２９からの反
射電子信号ＲＥは主制御装置１９に供給されている。次
に、図４を参照して本例の転写装置で分割転写方式の転
写を行う際の基本的な動作につき説明する。

【００３１】図４は、本例のマスク１とウエハ５との対
応関係を示す斜視図であり、この図４において、マスク
１は境界領域としてのストラット３によってＸ方向、及
びＹ方向に所定ピッチで矩形の多数の小領域（副視野）
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…に分割され、転写対象の小領域
（図２では小領域２Ａ）内の照射領域３３に電子線ＥＢ
が照射される。電子線転写用のマスク１としては、窒化
シリコン（ＳｉＮ）等の薄膜にて電子線の透過部を形成
し、その表面に適宜タングステン製の散乱部を設けた所
謂散乱マスクと、シリコン製の散乱部に設けた抜き穴を
電子線の透過部とする所謂穴空きステンシルマスク等が
存在するが、本例では何れでも構わない。

【００３２】マスク１上の小領域２Ａを通過した電子線
ＥＢは、図１の投影系１４，１５を介して、ウエハ５上
の１つの小転写領域７Ａに集束され、その小領域２Ａ内
のパターンの縮小像が、その小転写領域７Ａに投影され
る。転写時には、小領域２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，…を単位と
して電子線ＥＢの照射が繰り返され、各小領域内のパタ
ーンの縮小像がウエハ５上の異なる小転写領域７Ａ，７
Ｂ，７Ｃ，…に順次転写される。この際に、図１の偏向
器１３Ａ，１３Ｂを駆動して、各小領域を区切るストラ
ット３の幅分だけ電子線ＥＢを横ずれさせることによっ
て、ウエハ５上の小転写領域７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，…は互
いに隙間無く配置される。また、図１の投影系１４，１
５の励磁電流の制御、及び偏向器１３Ａ，１３Ｂの制御
等を介して転写像の結像特性を補正することによって、
継ぎ誤差や重ね合わせ誤差が低減される。

【００３３】マスク１のパターンの転写を行う場合に
は、図１の主制御装置１９の制御のもとでマスクステー
ジ１６及びウエハステージ２１を介して、図４に示すよ
うに、マスク１を−Ｘ方向に所定速度ＶＭで連続移動
（機械走査）するのに同期して、ウエハ５を＋Ｘ方向に
速度ＶＷで連続移動する。図１の投影系１４，１５のマ
スクからウエハへの縮小倍率βを用いて、マスク１上で
の各小領域内のパターン形成領域のＸ方向の幅をＬ１、
パターン形成領域のＸ方向の間隔をＬ２とすると、ウエ
ハ５の速度ＶＷは次式で表される。

【００３４】ＶＷ＝β・｛Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）｝・ＶＭ（４）そして、マスク１上の多数の小領域中で、ほぼ光軸ＡＸ
を横切る位置に達したＹ方向に一列に配列された複数の
小領域（図４では小領域２Ａ，２Ｂ，…）に対して、図
１の視野選択偏向器１２Ａ，１２Ｂを介して順次電子線
ＥＢが照射され、各小領域内のパターンが順次ウエハ５
の１ダイ分の転写領域６Ａ内に隙間無く転写される。そ
して、マスク１及びウエハ５がＸ方向に移動するのに伴
って、光軸ＡＸを横切る位置に達した一列の複数の小領
域内のパターンが順次ウエハ５上に転写される動作が繰
り返されて、マスク１上の全部の小領域内のパターンが
ウエハ上に転写されると、ウエハ５上の転写領域６Ａへ
のパターンの転写が終了する。その後ウエハ５上の隣接
する別の１ダイ分の転写領域６Ｂにも同様にマスク１の
パターンの転写が行われる。

【００３５】次に、本例において投影系１４，１５の結
像特性を評価する方法の一例につき図５及び図６を参照
して説明する。先ず、本例のマスク１は結像特性の評価
用のマスクであり、マスク１上の所定の複数の小領域に
はそれぞれ評価用パターンが形成されている。図５
（ａ）はマスク１の一部の拡大図を示し、この図５
（ａ）において、マスク１上でＸ方向に配列された１列
の小領域にはそれぞれ評価用パターン３８Ａ〜３８Ｇが
形成されている。本例の投影系１４，１５の縮小倍率β
を１／４とすると、マスク１上の各小領域内のパターン
形成領域の大きさはほぼ１ｍｍ角であり、それらのパタ
ーン形成領域を投影系１４，１５を介して投影した像の
領域、即ち投影系１４，１５の視野の大きさはほぼ２５
０μｍ角である。この視野の大きさは、図３の評価用基
板３０上のほぼ１ｍｍ角のマーク形成領域３６Ａ〜３７
Ｆに比べて十分小さく設定されている。

【００３６】そして、第１の評価用パターン３８Ａは、
小領域内の中心を通る十字型の線上に、及び周辺を１周
するように微小な矩形の基本パターン３９を一定間隔で
多数配置した視野内強度分布評価用のパターンであり、
基本パターン３９を投影系１４，１５を介して投影した
像３９Ｗ（図５（ｂ）参照）は、図３のマーカ３７Ａと
同じ０．２μｍ角程度の孤立パターンである。

【００３７】また、マスク１上の第２及び第３の評価用
パターン３８Ｂ，３８Ｃは、それぞれ小領域内の周辺部
及び中心（光軸）を含むように３行×３列でＸ軸の基本
パターン４０Ｘ、及びＹ軸の基本パターン４０Ｙを配置
した分解能、及び非点収差評価用のパターンであり、基
本パターン４０Ｘ及び４０Ｙを投影系１４，１５を介し
て投影した像４０ＸＷ及び４０ＹＷ（図５（ｃ）及び
（ｄ）参照）は、図３のＸ軸のマーカ３７Ｂ、及びＹ軸
のマーカ３７Ｃと同じ形状である。

【００３８】また、マスク１上の第４及び第５の評価用
パターン３８Ｄ，３８Ｅは、それぞれ小領域内に中心部
は粗で周辺部は密となるようにＸ軸の基本パターン４１
Ｘ、及びＹ軸の基本パターン４１Ｙを配置した視野歪評
価用のパターンであり、基本パターン４１Ｘ及び４１Ｙ
を投影系１４，１５を介して投影した像４１ＸＷ及び４
１ＹＷ（図５（ｅ）及び（ｆ）参照）は、図３のＸ軸の
マーカ３７Ｅ、及びＹ軸のマーカ３７Ｆと同じ形状であ
る。更に、マスク１上の第６の評価用パターン３８Ｆ
は、小領域内にＸ方向に大きな間隔で２つのＸ軸の基本
パターン４１Ｘを配置したＸ方向の倍率誤差評価用のパ
ターンであり、第７の評価用パターン３８Ｇは、小領域
内にＹ方向に大きな間隔で２つのＹ軸の基本パターン４
１Ｙを配置したＹ方向の倍率誤差評価用のパターンであ
る。

【００３９】先ず、投影系１４，１５の視野内強度分布
を評価する際には、図１の視野選択偏向器１２Ａ，１２
Ｂを介して図５（ａ）のマスク１の評価用パターン３８
Ａ上に電子線を照射し、ウエハステージ２１を駆動し
て、評価用パターン３８Ａの像が投影系１４，１５を介
して投影される領域内に図３の評価用基板３０上のマー
ク形成領域３６Ａ内のマーカ３７Ａを移動する。その
後、主制御装置１９では、ウエハステージ２１をＸ方
向、Ｙ方向に駆動してその評価用パターン３８Ａの像を
マーカ３７Ａで走査して、マーカ３７Ａの位置に対応さ
せて反射電子検出器２９からの反射電子信号ＲＥを取り
込む。このように評価用パターン３８Ａの像とマーカ３
７Ａとを相対的に走査する際には、マーカ３７Ａをウエ
ハステージ２１を介して位置決めした後、偏向器１３
Ａ，１３Ｂを介して評価用パターン３８Ａの像を走査す
るようにしてもよい。そして、評価用パターン３８Ａ内
の各基本パターン３９の像から得られる反射電子信号Ｒ
Ｅの強度分布より、投影系１４，１５の視野内強度分布
が計測される。

【００４０】次に、投影系１４，１５のＸ方向のビーム
分解能及び非点収差を評価する際には、図５（ａ）のマ
スク１のＸ軸の評価用パターン３８Ｂ上に電子線を照射
し、評価用パターン３８Ｂの像が投影される領域内に図
３の評価用基板３０上のマーク形成領域３６Ｂ内のＸ軸
のマーカ３７Ｂを移動する。その後、主制御装置１９で
は、ウエハステージ２１、及び偏向器１３Ａ，１３Ｂを
駆動してその評価用パターン３８Ｂの各基本パターン４
０Ｘの像とマーカ３７ＢとをＸ方向に相対走査して、マ
ーカ３７Ｂの位置に対応させて反射電子検出器２９から
の反射電子信号ＲＥを取り込む。

【００４１】図６（ａ）はその基本パターン４０Ｘの像
４０ＸＷとマーカ３７ＢとをＸ方向に相対的に走査する
様子を示し、図６（ｂ）はその際にマーカ３７ＢのＸ座
標（マーカ３７Ｂ側を走査するとした場合の座標）に対
応させて得られる反射電子信号ＲＥの一例を示してい
る。なお、図６（ｂ）の反射電子信号ＲＥは、投影系１
４，１５の分解能が極めて高い場合の理想的な信号であ
り、実際にはその分解能の制限によって反射電子信号Ｒ
Ｅは、底部及び上部に平坦部を持つ信号となる。そこ
で、その反射電子信号ＲＥを位置Ｘについて１回微分す
るとビーム強度分布が得られ、その１回微分信号の立ち
上がりの傾き角からビーム分解能が得られる。同様に、
図５（ｃ）のＹ軸用の評価用パターン３８Ｃの像と図３
のＹ軸のマーカ３７Ｃとを相対走査することでＹ方向の
ビーム分解能が得られる。例えばＸ方向のビーム分解能
とＹ方向のビーム分解能との平均値をビーム分解能とす
ることができる。

【００４２】また、図１の試料台２０を駆動して評価用
基板３０の高さ（Ｚ方向の位置）を変えながら視野内の
３行×３列の各点でＸ方向のビーム分解能、及びＹ方向
のビーム分解能を計測し、計測点毎にＸ方向とＹ方向と
でそれぞれ最もビーム分解能が高くなるときの高さのず
れ量を求めることによって、視野内の各計測点での非点
収差が求められる。

【００４３】次に、投影系１４，１５のＸ方向の視野歪
を評価する際には、図５（ａ）のマスク１のＸ軸用の評
価用パターン３８Ｄの像が投影される領域内に図３の評
価用基板３０上のマーク形成領域３６Ｅ内のＸ軸のマー
カ３７Ｅを移動する。その後、主制御装置１９では、そ
の評価用パターン３８Ｄの各基本パターン４１Ｘの像と
マーカ３７ＥとをＸ方向に相対走査して、マーカ３７Ｅ
の位置に対応させて反射電子検出器２９からの反射電子
信号ＲＥを取り込む。例えばこの反射電子信号ＲＥが最
も高くなる位置を各基本パターン４１Ｘの像の位置とす
ることによって、各基本パターン４１Ｘの像の設計上の
位置からのＸ方向へのずれ量、即ちＸ方向の視野歪が求
められる。同様に、図５（ａ）のＹ軸用の評価用パター
ン３８Ｅの像と図３のＹ軸のマーカ３７Ｆとを相対走査
することでＹ方向の視野歪が得られる。Ｘ方向の視野歪
とＹ方向の視野歪とから２次元的な視野歪が評価でき
る。

【００４４】次に、投影系１４，１５のＸ方向の倍率誤
差を評価する際には、図５（ａ）のマスク１のＸ軸用の
評価用パターン３８Ｆの像が投影される領域内に図３の
評価用基板３０上のＸ軸のマーカ３７Ｅを移動する。そ
の後、その評価用パターン３８Ｆの２つの基本パターン
４１Ｘの像とマーカ３７ＥとをＸ方向に相対走査して、
２つの基本パターン４１Ｘの像の設計上の位置からのＸ
方向へのずれ量を求める。２つの基本パターン４１Ｘの
実際の像の間隔と設計上の間隔との比の値の１からのず
れ量よりＸ方向の倍率誤差が求められる。同様に、図５
（ａ）のＹ軸用の評価用パターン３８Ｇの像と図３のＹ
軸のマーカ３７Ｆとを相対走査することでＹ方向の倍率
誤差が得られる。

【００４５】このように結像特性を評価する際に、本例
では評価用基板３０のマーク形成領域３６Ａ〜３６Ｆは
厚さが２μｍ程度と薄いと共に、反射電子線の少ない材
料が使用されているため、マーカ３７Ａ〜３７Ｅ以外の
領域からの反射電子量は極めて少なく、反射電子信号Ｒ
ＥのＳＮ比が良好であるため、極めて高精度に投影系１
４，１５の結像特性を評価できる。更に本例では、評価
用基板３０の底部に電子線吸収体３２が配置され、評価
用基板３０を透過した電子線は殆どが評価用基板３０に
戻って来ないため、反射電子信号ＲＥのＳＮ比は更に改
善されている。

【００４６】なお、上述の実施の形態では、マーカ３７
Ａ〜３７Ｅからの反射電子を検出しているが、それらの
マーカからの２次電子を検出するようにしてもよい。ま
た、荷電粒子線としては、電子線の他にイオンビーム等
を使用してもよい。また、本発明は、分割転写方式の転
写装置の投影系の結像特性の評価を行う場合のみなら
ず、例えば可変成形ビームを使用する転写装置の投影系
の結像特性の評価を行う場合等にも適用できる。

【００４７】このように、本発明は上述の実施の形態に
限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構
成を取り得る。

【００４８】

【発明の効果】本発明の結像特性評価方法によれば、反
射荷電粒子線量の多いマーカの周囲の薄膜体での反射荷
電粒子線量が極めて少ないため、薄膜体からの反射荷電
粒子線、又は２次電子を検出して得られる検出信号のＳ
Ｎ比は極めて高く、高精度に投影系の結像特性を評価で
きる利点がある。

【００４９】また、その薄膜体の底面に反射荷電粒子
線、又は２次電子を少なくするための荷電粒子線吸収体
を配置した場合には、その薄膜体を透過した荷電粒子線
が殆ど薄膜体側に戻ってこないため、得られる検出信号
のＳＮ比が更に改善されて、更に高精度に結像特性を評
価できる。また、その薄膜体上のマーカとして０．２μ
ｍ角以上の面積の孤立パターンを使用し、評価用パター
ンとして投影像がその孤立パターンの面積と実質的に等
しい複数のパターンを使用した場合、そのマーカとその
評価用パターンの投影像とを相対走査して得られる反射
荷電粒子線、又は２次電子よりその投影系による視野内
強度を高精度に評価できる。

【００５０】また、その薄膜体上のマーカとして、幅が
ビーム分解能の４倍から８倍で長さが１０μｍ以上のラ
インパターンをビーム分解能の８倍から１６倍のピッチ
で５本から１００本配列した周期的パターンを使用した
場合、そのマーカとその評価用パターンの投影像とをピ
ッチ方向に相対走査して得られる反射荷電粒子線、又は
２次電子よりその投影系による分解能、又は非点収差を
高精度に評価できる。

【００５１】また、その薄膜体上のマーカとして、幅が
ビーム分解能の１倍から２倍で長さが５μｍ以下のライ
ンパターンをビーム分解能の２倍から４倍のピッチで５
本から２５本配列した周期的パターンを使用し、その評
価用パターンとして、投影像がその周期的パターンと実
質的に同一の単位パターンを所定の位置関係で複数個配
列したパターンを使用した場合、そのマーカとその評価
用パターン内のその各単位パターンとをそれぞれピッチ
方向に相対走査して得られる反射荷電粒子線、又は２次
電子よりその投影系による視野歪、又は倍率誤差を高精
度に評価できる。

【００５２】また、その薄膜体の材料が炭素、又はシリ
コンである場合には、材料の加工が容易であると共に、
反射荷電粒子線量が少ない。また、その荷電粒子線吸収
体が、その薄膜体に対向する面がテーパーを有する凹面
とされた導体、又は半導体であるときには、反射荷電粒
子線量が特に少なくなる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例で使用される電子線
縮小転写装置を示す概略構成図である。

【図２】図１中の評価用基板３０及び電子線吸収体３２
を示す一部を切り欠いた拡大断面図である。

【図３】図２中の評価用基板３０に形成された複数種類
のマーカを示す拡大平面図である。

【図４】図１のマスク１上の小領域の配置、及び対応す
るウエハ５上の小転写領域の配置を示す斜視図である。

【図５】（ａ）はマスク１上の評価用パターン３８Ａ〜
３８Ｇの形状を示す部分拡大平面図、（ｂ）は図５
（ａ）のＢ部の投影像の拡大図、（ｃ）は図５（ａ）の
Ｃ部の投影像の拡大図、（ｄ）は図５（ａ）のＤ部の投
影像の拡大図、（ｅ）は図５（ａ）のＥ部の投影像の拡
大図、（ｆ）は図５（ａ）のＦ部の投影像の拡大図であ
る。

【図６】（ａ）は基本パターンの像４０ＸＷとマーカ３
７Ｂとを相対走査する様子を示す説明図、（ｂ）はその
相対走査によって得られる反射電子信号ＲＥの一例を示
す波形図である。

【符号の説明】

１マスク２Ａ，２Ｂ，２Ｃ小領域（副視野）５ウエハ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ小転写領域１２Ａ，１２Ｂ視野選択偏向器１３Ａ，１３Ｂ電磁方式の偏向器１４投影レンズ１５対物レンズ１６マスクステージ１９主制御装置２１ウエハステージ２９反射電子検出器３０評価用基板３２電子線吸収体３６Ａ〜３６Ｆマーク形成領域３７Ａ〜３７Ｆマーカ３８Ａ〜３８Ｇ評価用パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の荷電粒子線のもとで第１面上のパ
ターンの像を第２面上に投影する投影系の結像特性評価
方法において、前記第１面上に評価用パターンを配置し、前記第２面上に平均原子番号が１４以下で厚さが３μｍ
以下の材料よりなる薄膜体を配置すると共に、該薄膜体
の表面に平均原子番号が４７以上で厚さが０．０１μｍ
以上の材料よりなり前記評価用パターンに対応する形状
のマーカを形成しておき、前記荷電粒子線のもとで前記評価用パターンの前記投影
系による像と前記薄膜体とを相対走査したときに前記マ
ーカから発生する反射荷電粒子線、又は２次電子の強度
に基づいて、前記投影系の結像特性を評価することを特
徴とする結像特性評価方法。
【請求項２】請求項１記載の結像特性評価方法であっ
て、前記薄膜体の底面に反射荷電粒子線、又は２次電子を少
なくするための荷電粒子線吸収体を配置したことを特徴
とする結像特性評価方法。
【請求項３】請求項１、又は２記載の結像特性評価方
法であって、前記薄膜体上のマーカとして０．２μｍ角以上の面積の
孤立パターンを使用し、前記評価用パターンとして投影像が前記孤立パターンの
面積と実質的に等しい複数のパターンを使用し、前記マーカと前記評価用パターンの投影像とを相対走査
して得られる反射荷電粒子線、又は２次電子より前記投
影系による視野内強度を評価することを特徴とする結像
特性評価方法。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載の結像特性評
価方法であって、前記薄膜体上のマーカとして、幅がビーム分解能の４倍
から８倍で長さが１０μｍ以上のラインパターンをビー
ム分解能の８倍から１６倍のピッチで５本から１００本
配列した周期的パターンを使用し、前記マーカと前記評価用パターンの投影像とをピッチ方
向に相対走査して得られる反射荷電粒子線、又は２次電
子より前記投影系による分解能、又は非点収差を評価す
ることを特徴とする結像特性評価方法。
【請求項５】請求項１、又は２記載の結像特性評価方
法であって、前記薄膜体上のマーカとして、幅がビーム分解能の１倍
から２倍で長さが５μｍ以下のラインパターンをビーム
分解能の２倍から４倍のピッチで５本から２５本配列し
た周期的パターンを使用し、前記評価用パターンとして、投影像が前記周期的パター
ンと実質的に同一の単位パターンを所定の位置関係で複
数個配列したパターンを使用し、前記マーカと前記評価用パターン内の前記各単位パター
ンとをそれぞれピッチ方向に相対走査して得られる反射
荷電粒子線、又は２次電子より前記投影系による視野
歪、又は倍率誤差を評価することを特徴とする結像特性
評価方法。
【請求項６】請求項１〜５の何れか一項記載の結像特
性評価方法であって、前記薄膜体の材料は炭素、又はシリコンであることを特
徴とする結像特性評価方法。
【請求項７】請求項２〜５の何れか一項記載の結像特
性評価方法であって、前記荷電粒子線吸収体は、前記薄膜体に対向する面がテ
ーパーを有する凹面とされた導体、又は半導体であるこ
とを特徴とする結像特性評価方法。